SMT焊接

在SMT生產(chǎn)過程中，我們都希望基板的質(zhì)量從貼裝過程開始到焊接過程結(jié)束都處于零缺陷狀態(tài)，但實(shí)際上這很難實(shí)現(xiàn)。由于SMT生產(chǎn)工序較多，無法保證每一道工序都不會(huì)出現(xiàn)一點(diǎn)點(diǎn)誤差，所以在SMT生產(chǎn)過程中會(huì)遇到一些焊接缺陷。

這些焊接缺陷通常是由多種原因引起的。對于每一個(gè)缺陷，都要分析其發(fā)生的根本原因，做到目的明確，有的放矢。

橋接

橋接經(jīng)常發(fā)生在引腳密集的 IC 上或間距較小的芯片元件之間。這個(gè)缺陷是我們檢驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)中的一個(gè)重大缺陷，會(huì)嚴(yán)重影響產(chǎn)品的電氣性能，所以必須根除。

橋接的主要原因是由于錫膏過多或錫膏印刷后的錯(cuò)位和塌陷。

過多的焊膏

焊膏過量是由于模板厚度和孔徑尺寸不當(dāng)造成的。通常，我們選擇使用0.15mm厚的模板?？讖酱笮∮勺钚∫€或芯片元件間距決定。

錯(cuò)位印刷

印制引腳間距或芯片元件間距小于0.65mm的印制板時(shí)，應(yīng)采用光學(xué)定位，參考點(diǎn)應(yīng)設(shè)置在印制板對角線處。如果不使用光學(xué)定位，由于定位誤差會(huì)出現(xiàn)打印錯(cuò)位，導(dǎo)致橋接。

焊膏塌陷

造成錫膏塌陷的有以下三種現(xiàn)象

印刷下垂

焊膏印刷過程中發(fā)生的下垂。這與錫膏、鋼網(wǎng)的特性、印刷參數(shù)的設(shè)置有很大關(guān)系：錫膏的粘度低，保形性不好，印刷后容易塌橋架橋；如果鋼網(wǎng)孔壁粗糙，印刷的錫膏也容易塌陷和橋接；刮刀壓力過大會(huì)對錫膏造成比較大的影響，損壞錫膏的形狀，塌陷的概率也會(huì)大大增加。

對策：選擇粘度較高的錫膏；使用激光切割模板；降低葉片壓力。

安裝時(shí)下垂

貼片機(jī)在貼裝SOP和QFP集成電路時(shí)，其貼裝壓力要適當(dāng)設(shè)置。過大的壓力會(huì)改變焊膏的形狀并導(dǎo)致下垂。

對策：調(diào)整貼裝壓力，設(shè)置貼裝吸嘴的落下位置，包括元件本身的厚度。

焊接加熱時(shí)下垂

加熱焊接時(shí)也會(huì)發(fā)生塌陷。當(dāng)印制板組件迅速升溫時(shí)，焊膏中的溶劑成分會(huì)揮發(fā)。如果揮發(fā)速度過快，焊料顆粒會(huì)被擠出焊料區(qū)，在加熱過程中形成坍落度。

對策：設(shè)定合適的焊接溫度曲線（溫度、時(shí)間），防止輸送帶機(jī)械振動(dòng)。

焊球

錫球也是回流焊中經(jīng)常遇到的問題。焊球經(jīng)常出現(xiàn)在芯片元件的側(cè)面或細(xì)間距引腳之間。

焊球大多是由于焊接過程中快速加熱造成的焊料飛散造成的。除了上述的印刷錯(cuò)位和流掛外，還與焊膏的粘度、焊膏的氧化程度、焊料顆粒的粗細(xì)、助焊劑的活性等有關(guān)。

錫膏粘度

對于粘性效果較好的錫膏，其附著力會(huì)抵消加熱時(shí)排出的溶劑的沖擊力，可以防止錫膏塌落。

焊膏的氧化度

焊膏暴露在空氣中后，焊錫顆粒表面可能會(huì)被氧化，實(shí)驗(yàn)表明焊球的發(fā)生率與焊膏氧化物的百分比成正比。一般錫膏的氧化物應(yīng)控制在0.03%左右，最大值不超過0.15%。

焊料顆粒厚度

焊料顆粒的均勻性不一致。如果20μm以下的顆粒較多，這些顆粒的相對面積就大，容易氧化，最容易形成錫球。

此外，在溶劑蒸發(fā)過程中，這些小顆粒很容易從焊盤上沖走，增加了產(chǎn)生錫球的機(jī)會(huì)。一般要求25um以下的顆粒數(shù)不得超過焊料顆?？倲?shù)的5%。

焊膏是吸濕的

這種情況可分為兩類：錫膏在使用前從冰箱中取出，立即打開蓋子導(dǎo)致水蒸氣凝結(jié)；回流焊前殘留溶劑未充分干燥，焊膏在加熱焊料時(shí)引起溶劑和水的沸騰和飛濺。焊料顆粒濺射到印刷板上以形成焊球。根據(jù)這兩種不同的情況，我們可以采取兩種不同的行動(dòng)：

(1)從冰箱中取出錫膏，不要馬上開蓋，而是回到室溫，待溫度穩(wěn)定后再開蓋。

(2)調(diào)整回流焊溫度曲線，使錫膏在焊接前充分預(yù)熱。

通量活動(dòng)

當(dāng)助焊劑活性低時(shí)，也容易產(chǎn)生焊球。免洗焊錫的活性一般略低于松香型和水溶性焊膏，使用時(shí)要注意錫球的形成。

模板開口

適當(dāng)?shù)哪０彘_口形狀和尺寸也會(huì)減少錫球的產(chǎn)生。一般鋼網(wǎng)開孔尺寸應(yīng)比對應(yīng)焊盤小10%，推薦一些鋼網(wǎng)開孔設(shè)計(jì)。

PCB清洗

印刷錯(cuò)誤后需要清洗印制板。如果清洗不干凈，印制板表面和過孔內(nèi)都會(huì)有錫膏殘留，焊接時(shí)會(huì)形成錫球。因此，要在生產(chǎn)過程中增強(qiáng)操作者的責(zé)任心，嚴(yán)格按照工藝要求進(jìn)行生產(chǎn)，加強(qiáng)工藝質(zhì)量控制。

“墓碑”現(xiàn)象

在表面貼裝工藝的回流焊接過程中，SMD元件會(huì)因翹曲而出現(xiàn)脫焊的缺陷，形象地稱為“墓碑”現(xiàn)象。

“墓碑”現(xiàn)象在貼片電容和貼片電阻的回流焊接過程中經(jīng)常出現(xiàn)。組件體積越小，越容易發(fā)生。

之所以會(huì)出現(xiàn)“墓碑”現(xiàn)象，是因?yàn)榛亓骱笗r(shí)元件兩端焊盤上的錫膏熔化時(shí)，元件兩端焊錫端的表面張力不平衡，張力較大的一端將元件拉向沿其底部旋轉(zhuǎn)。

造成張力失衡的因素也很多。下面將簡要分析一些主要因素。

?熱身期

當(dāng)預(yù)熱溫度設(shè)置低，預(yù)熱時(shí)間設(shè)置短時(shí)，元件兩端的錫膏熔化的概率大大增加，導(dǎo)致兩端的張力不平衡形成“墓碑”，所以它是需要正確設(shè)置預(yù)熱周期工藝參數(shù)。

根據(jù)我們的經(jīng)驗(yàn)，預(yù)熱溫度一般為150+10℃，時(shí)間約為60-90秒。

?焊盤尺寸

在設(shè)計(jì)貼片電阻和電容焊盤時(shí)，要嚴(yán)格保持它們的整體對稱性，即焊盤圖形的形狀和尺寸要完全一致，以保證焊膏熔化時(shí)，作用在焊點(diǎn)上的合力在組件上為零。有利于形成理想的焊點(diǎn)。

設(shè)計(jì)是制造過程的第一步，不正確的焊盤設(shè)計(jì)可能是組件豎立的主要原因。具體的焊盤設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)可在 IPC-782、表面貼裝設(shè)計(jì)和焊盤布局標(biāo)準(zhǔn)中找到。事實(shí)上，元件上過多的焊盤可能會(huì)導(dǎo)致元件在焊料潤濕期間滑動(dòng)，從而導(dǎo)致元件從焊盤上脫落。一端。

對于小芯片組件，為組件的一端設(shè)計(jì)不同的焊盤尺寸，或者將焊盤的一端連接到地平面，也可能導(dǎo)致組件豎起。使用不同尺寸的焊盤可能會(huì)導(dǎo)致焊盤加熱和焊膏流動(dòng)時(shí)間不平衡。

在回流過程中，元件只是漂浮在液態(tài)焊料上，隨著焊料凝固到達(dá)其最終位置。焊盤上不同的潤濕力會(huì)導(dǎo)致缺乏附著力和組件旋轉(zhuǎn)。在某些情況下，延長液化溫度以上的時(shí)間可以減少元件豎立。

錫膏厚度

當(dāng)錫膏的厚度變小時(shí)，墓碑現(xiàn)象會(huì)大大減少。這是因?yàn)椋?/p>

（1）錫膏較薄，熔化時(shí)錫膏的表面張力降低。
(2)焊膏變薄，整個(gè)焊盤的熱容量降低，焊膏同時(shí)在兩個(gè)焊盤上熔化的概率大大增加。焊膏厚度由模板厚度決定。

安裝偏移

一般情況下，貼裝時(shí)產(chǎn)生的元件偏移會(huì)在回流過程中由于熔漿拉動(dòng)元件的表面張力而自動(dòng)修正。我們稱之為“自適應(yīng)”，但偏移嚴(yán)重，拉動(dòng)會(huì)導(dǎo)致組件站起來產(chǎn)生“墓碑”現(xiàn)象。這是因?yàn)椋?br /> (1) 與元件接觸更多的焊端獲得更多的熱容量，因此首先熔化。
(2)元件兩端與錫膏的附著力不同。因此，應(yīng)調(diào)整元器件的貼裝精度，避免出現(xiàn)較大的貼裝偏差。

?組件重量

較輕的組件具有較高的“墓碑”發(fā)生率，因?yàn)椴痪鶆虻膹埩苋菀桌瓌?dòng)組件。因此，在選擇元件時(shí)，如有可能，應(yīng)首先選擇尺寸和重量較大的元件。

這些焊接缺陷有很多解決方案，但往往相互制約。例如，提高預(yù)熱溫度可以有效消除墓碑，但由于升溫速度較快，可能會(huì)產(chǎn)生大量錫球。因此，在解決這些問題時(shí)，應(yīng)多方面考慮，選擇折中方案。

SMT貼片焊接形成氣孔的原因

在焊接過程中，氣孔的形成機(jī)理較為復(fù)雜。通常，孔隙率是由回流期間夾帶在夾層狀結(jié)構(gòu)中的焊料中的助焊劑脫氣引起的?？紫堵实男纬芍饕山饘倩瘏^(qū)域的可焊性決定，并隨著助焊劑活性的降低、粉末金屬負(fù)載量的增加和引線接頭下的足跡增加而變化，減小焊料顆粒的尺寸只能增加孔隙率。

此外，氣孔的形成還與焊料粉末聚結(jié)和固定金屬氧化物消除之間的時(shí)間分布有關(guān)。焊膏凝聚越早，形成的孔越多。焊料在凝固時(shí)也會(huì)收縮，焊接鍍通孔時(shí)助焊劑的分層和夾帶也是造成孔隙的原因。

控制 SMT 貼片中孔隙形成的方法

1.使用活性較高的助焊劑

2.提高元器件或電路板的可焊性

3.減少焊錫粉氧化物的形成

4.使用惰性加熱氣氛

5、降低回流焊的預(yù)熱程度

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